一种无电流传感器的CCM Buck变换器输出电容ESR和C的在线监测方法

电解电容是电源系统中最易失效的元件,其性能参数的退化直接影响系统的可靠性,因此在线监测其等效串联电阻(equivalent series resistance,ESR)和电容值(capacitance,C)的变化十分关键。该文提出了一种新的非侵入式在线监测连续导通模式(continuous conduction mode,CCM)Buck变换器输出电容ESR和C的方法。通过分析输出电压交流分量,结合连续模式下的电容电流表达式,建立ESR和C的实时在线计算模型,设计了电解电容在线监测系统。该方案无需电流传感器,仅采样脉冲宽度调制(pulse-width modulation,PWM)信号和输出电压,不改变Buck变换器的电气结构,就可监测不同工作状态下的ESR和C,完成一台监测系统原理样机并进行实验,实验结果验证了所提方法的有效性。

考虑滤波电容ESR的Boost变换器输出纹波电压畸变机理及精确建模

Boost变换器由于受元件寄生参数的影响,输出纹波电压存在多种畸变波形,传统的忽略寄生参数的纹波电压波形分析结果单一,且误差较大,因此需要深入研究揭示纹波电压的畸变机理并建立较为精确的数学模型。研究发现开关变换器输出滤波电容的等效串联电阻(equivalentseries resistance,ESR)是引起输出纹波电压波形畸变及产生较大误差的主要原因。针对传统忽略ESR的Boost变换器输出纹波电压分析方法存在的问题,提出一种考虑滤波电容ESR的纹波电压建模方法,研究发现变换器工作在电感电流连续导电模式和不连续导电模式均存在5种类型纹波电压波形,并推导了不同模式下每种类型的输出纹波电压解析式。在此基础上进行了实验验证,实验结果验证了纹波电压畸变机理分析的正确性,同时表明建立的纹波电压数学模型具有较高的精度。

金属化安全膜电容器ESR计算

安全膜技术被广泛应用于金属化膜电容器上,为金属化膜电容器提供保护,可在一定程度上防止自愈失败现象的发生。对应用于交流或脉冲放电领域的金属化膜电容器,由于蒸镀的金属电极很薄,电极电阻较大,发热是其在工作中不可忽视的一个问题。目前,得到广泛应用的安全膜大体可分为T型和网格型。针对上述两种安全膜结构,对其ESR(等效串联电阻)进行计算,并将其与普通金属化膜进行对比,可为采用安全膜结构的电容器运行特性分析提供一定的参考。

基于ESR的电解电容器在线故障诊断系统设计

ESR(等效串联电阻)是评估电解电容器健康状态的重要指标之一,而由于电解电容器结构特殊性,ESR值很难直接测量。为了实时监测电解电容器的健康状态,建立了电解电容器等效模型,分析并测试了ESR频率特性与温度特性,提出一种通过在线计算ESR评估电解电容器健康状态以实现在线故障诊断的方法。该方法将ESR实时计算值和初始值作比较,在同等工作条件下当前者相对于后者增加至一定数值时,可认为该电解电容器已失效,观测者可根据此机理及时进行更换处理。最后通过dSPACE半实物实验平台对新方法的有效性进行了实验验证。

高频低ESR钽电解电容器制造技术的实验研究

分析了影响钽电解电容器等效串联电阻（ESR）的因素,通过阳极钽块设计、硝酸锰溶液改性、优化被膜工艺以及多芯并联等措施,提出了高频、低ESR钽电解电容器最佳制造工艺。试验表明,应用新工艺生产的钽电解电容器,其ESR值大约是通用产品ESR值的1/3-1/2,而且多芯并联钽电容器的电容量在100kHz范围内的变化量在20%以内,高频性能有很大改善。

COT控制Buck变换器仿ESR电压纹波技术研究

当输出电容等效串联电阻(equivalent series resistance,ESR)较小时,传统的固定导通时间(constant on-time,COT)控制的Buck变换器可能工作在不稳定的混沌状态。因此,文章提出COT控制的Buck变换器的仿ESR电压纹波(simulated voltage ripple,SVR)技术,通过构造与ESR电压纹波同步变化的纹波电压,并将此电压叠加到控制环路,实现了低ESR输出电容COT控制Buck变换器的稳定工作。仿真和实验结果验证了理论分析的正确性。

高频、低ESR钽电解电容器新工艺的开发

从阳极尺寸和结构设计、阴极被膜工艺改进,分析固体钽电容器的等效串联电阻(ESR)值的影响因素,提出了制造高频、低ESR值固体钽电解电容器的新工艺。投入10V/100μF、10V/470μF两种规格产品,结果表明:阳极块厚度控制在1.5～2.1mm时,同一规格产品具有最小体积,接触电阻r金更小;在硝酸锰溶液中添加强氧化剂和表面活性剂,制得的MnO2层的r解更低;同时采用多芯并联结构,能使固体钽电解电容器的ESR值降低到通用钽电容器的ESR值的1/3～1/2,且100kHz时电容量变化值小于20%。

V^2C控制Buck变换器输出电容ESR临界值研究

针对输出电容等效串联电阻对变换器性能具有较大影响,以V^2C控制Buck变换器为例,建立了其分段线性模型,推导了Jacobi矩阵及其特征根,给出了变换器由稳定变为不稳定时ESR的临界值。研究结果表明,V^2C控制在V^2控制中引入电感电流反馈,增大了稳定工作范围。所得结论可以对分布式发电系统中DC-DC变换器设计和器件选型提供指导。

一种大功率交流变流器直流母线电容等效串联电阻的在线监测方法

实时监测功率变流器中直流母线电容的老化状态,及时发现并更换存在缺陷的直流母线电容,对提高功率变换器的可靠性具有重要意义。该文提出一种基于短路电流的大功率交流变流器直流母线电容等效串联电阻(equivalent series resistance,ESR)的在线监测方法,能准确的对直流母线电容ESR进行在线监测。首先对在线监测原理进行了详细分析,然后分析了短路测试对变流器正常工作的影响,最后,搭建了一台2k W的单相DC/AC逆变器实验样机,在不同工况下对直流母线电容的ESR进行了在线测试。试验结果表明,该方法能准确地在线监测出直流母线电容的ESR,简单有效。该方法可应用于大功率单相或三相变流器中且基本不受工况的限制。

恒定导通时间电容电流控制Buck变换器研究

由于输出电容电压相位滞后电感电流相位,当输出电容等效串联电阻(ESR)较小时,恒定导通时间V^2(V^2-COT)控制Buck变换器将工作在不稳定状态。针对该问题,提出开关变换器的恒定导通时间电容电流(CC-COT)控制技术,并阐述了其工作原理。通过基于描述函数法建立的小信号模型和Routh-Hurwiz判据,研究CC-COT控制Buck变换器的稳定性。研究结果表明,CC-COT控制技术具有快速瞬态响应速度,且不存在因输出电容ESR较小而引起的不稳定现象。

Boost PFC变换器直流母线电容等效串联电阻和容值的一种在线监测方法

电解电容是电源系统中易失效的元件,在线监测其等效串联电阻(equivalent series resistance,ESR)和电容值(capacitance,C)的变化十分关键。该文提出一种新的非侵入式在线监测升压(Boost)功率因数校正(power factor correction,PFC)变换器直流母线电容ESR和C的方法。通过分析直流母线电压,建立了ESR和C的实时在线计算模型。该方案无需额外的电流传感器,通过采样直流母线纹波电压和交流输入电压,结合电感电流信号,就可监测不同工作状态下的ESR和C,完成一台监测系统原理样机并进行实验,实验结果验证了所提方法的有效性。

铝电解电容器退化分析与故障预诊断

从铝电解电容器的一般组成和结构出发,给出了适合实际电路应用的等效电路模型,阐述和分析了铝电解电容器的主要退化机理,在此基础上给出了铝电解电容器的寿命模型和退化参数表征。对获取等效串联电阻(ESR)的几种方法进行了分析和比较,探讨了在实际电力电子系统在线故障预诊断中应用的可行性,并在理论上推算了ESR随时间的变化趋势。

开关电源的故障预测及电解电容器退化研究

高效率的电源变换器广泛应用于航空电子系统,电源的故障会导致整个系统的崩溃,严重影响军用飞机的战备完好性目标。电子系统故障预测可以在故障发生前,有效地探测潜在故障,减轻损失。阐述了Buck型开关电源基本工作原理,介绍了其故障模式及物理失效模型,并详细阐述了电解电容器等效电路模型。通过仿真电解电容器的退化过程,得到开关电源的输出响应特性,表明了电解电容器退化对电源特性的影响.通过辨识电解电容器ESR的值,可以有效评估电容的健康状态,实现开关电源的故障预测。

固定关断时间控制Buck变换器斜坡补偿技术及其机理研究

当输出电容等效串联电阻(equivalent series resistance,ESR)较小时,固定关断时间控制(fixed off-time,FOT)控制Buck变换器可能工作在不稳定的混沌状态。提出FOT控制Buck变换器的斜坡补偿技术,通过采样电感电流信息对输出电容电压进行电压斜坡补偿,实现了低ESR输出电容FOT控制Buck变换器的稳定工作。分析斜坡补偿的作用机理,给出确保变换器稳定工作时斜坡补偿电压斜率的临界值。建立斜坡补偿FOT控制Buck变换器的离散映射模型,研究斜坡补偿电压斜率作为分岔参数时斜坡补偿FOT控制Buck变换器的动力学行为。研究结果表明,斜坡补偿有效拓宽了变换器输出电容ESR的稳定工作范围,通过斜坡补偿技术,输出电容ESR较小时FOT控制Buck变换器也能稳定正常工作。实验结果验证了理论分析的正确性。

基于PSpice的开关电源瞬态特性及参数分析

为确定开关电源元件参数,对Buck型开关稳压电源电路具体工作原理和各部分功能进行详细分析,并建立实时仿真模型。根据所建立的数学模型,利用电路分析软件PSpice进行瞬态特性分析,得到开关电源输出电压和电感电流的瞬态响应特性;对滤波电容的等效串联电阻(ESR)进行参数分析,分析了电容退化对输出纹波电压的影响,为开关电源的故障诊断与故障预测提供了新的思路。

使用化学刻蚀镍集流体的EDLC的性能

在70℃下用95 g/L(NH4)2S2O8+0.3 g/L OP-10+3%H2SO4+15 g/L Ni2SO4的溶液对镍箔集流体进行化学刻蚀,研究了化学刻蚀对电化学双电层电容器(EDLC)电化学性能的影响。化学刻蚀提高了镍箔集流体的表面粗糙度,与未刻蚀时相比,电极的等效串联内阻由2.11Ω降至0.88Ω。以0.2 A/g的电流在0.05～1.00 V循环,活性炭的单极比电容为163.0 F/g,比未刻蚀时提高50.9%,循环200次的电容保持率为91.3%;当电流增加至6.0 A/g时,比电容为127.8 F/g。

脉冲跨周期调制连续导电模式Buck变换器低频波动现象及其抑制技术

揭示并分析了连续导电模式(CCM)脉冲跨周期调制(PSM)Buck变换器中输出电压低频波动现象及其形成机理,提出了一种应用电感电流纹波注入反馈(ICRIF)法来抑制该现象的技术。结果表明,输出电容串联等效电阻(ESR)是影响PSM CCM Buck变换器控制性能的关键参数。选用较小ESR输出电容时将引发输出电压低频波动;而选用较大ESR输出电容时可抑制该现象,但输出电压纹波仍然很大。利用ICRIF法,可以抑制低ESR输出电容时的低频波动现象,还可以有效降低输出电压纹波。电路实验结果验证了理论分析和电路仿真的正确性。

电容器在能量转换技术应用中的新进展

简要介绍了陶瓷电容器、聚合物薄膜电容器和电解电容器的性能特点,比较了这3种电容器在高压、高频能量转换技术中的应用。其中,重点分析了电解电容器在抑制开关电源所产生的噪声、高次谐波污染和提高在高能量电路中能量转换效率等方面的优势,并且提出减小电解电容器等效串联电阻(ESR)和低温阻抗可以改善滤波器的性能和可靠性。

嵌入式低压降线性稳压器设计与分析

以LDO内置在音频功率放大器等系统级芯片(SOC)中实现内部供电电源为目的,给出了一种简单的高精度、宽输入电压范围LDO线性稳压器,采用TSMC 0.6μm BCD高压工艺实现.与传统方法相比,该电路在温度系数、频率补偿、输出瞬态响应等关键参数指标上有所改进,输出电压作为内部供电电源所需具备的稳定性精度为±1.2%,最大输出负载电流为30 mA.

PI补偿固定关断时间电流型控制Boost变换器的次谐波振荡机理及失稳边界

当电压外环反馈增益较大或变换器输出电容等效串联电阻（equivalentseriesresistance，ESRl较大时，采用比例积分（proportional．integral，PI）补偿的固定关断时间电流型（fixedoff-timecurrent．mode，FOT-CM）控制Boost变换器存在次谐波振荡现象，导致变换器工作在不稳定状态。PI补偿器中补偿电容电压是变换器电感电流和输出电容电压的线性组合，由此建立了PI补偿FOT-CM控制Boost变换器的降阶离散时间模型，研究了电压外环反馈增益和输出电容ESR对变换器稳定性的影响，阐述了次谐波振荡现象的产生机理。进一步，通过近似降阶离散时间模型，得到了PI补偿FOT-CM控制Boost变换器的近似临界稳定条件。结果表明，当输出电容ESR较小时，随反馈增益的增大，PI补偿FOT-CM控制Boost变换器通过倍周期分岔失稳；随着输出电容ESR的增大，变换器通过边界碰撞分岔失稳。为了避免次谐波振荡现象的产生，变换器需采用ESR较小的输出电容，且电压外环需设计较小的反馈增益。实验结果验证了理论分析的正确性。